УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2004 года по МПК B01D3/14 C10G7/00 

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, в частности к малотоннажным установкам для простой перегонки сложных высококипящих жидкостей, позволяющим разделять нефть и нефтепродукты на составные части, называемые фракциям.

В зависимости от способа проведения перегонка может быть простой и сложной. На установках непрерывного действия простая перегонка осуществляется путем однократного и многократного испарения жидких смесей. При однократном испарении исходный нефтепродукт разделятся только на две фракции, хорошая степень разделения которых не достигается. При многократном испарении исходный нефтепродукт можно разделить на несколько фракций и обеспечить получение паровой и жидкой фаз любого состава, однако выход такой фракции будет незначителен, так как при этом будут получены и другие фракции иного состава. Более четкое разделение исходного нефтяного сырья на отдельные фракции с высоким выходом достигается с помощью сложной перегонки, основанной на. использовании процесса ректификации /Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Шелкунов В.А. "Процессы и аппараты нефте-, газопереработки и нефтехимии". - М.: "Недра", 2000/, при этом подача исходного сырья в ректификационные колонны в большинстве случаев осуществляется с использованием однократного испарения исходного нефтепродукта в трубчатых печах.

Известны малотоннажные установки для разделения высококипящих нефтепродуктов на несколько фракций, работающие с использованием процесса ректификации /"Химическое и нефтяное машиностроение", 1996, 6, с.10-11, с.26-27; "Тяжелое машиностроение", 1996, 11-12, с.2-6/. В состав этих установок входит печь для нагревания исходного нефтяного сырья для его однократного испарения, одна или две ректификационные колонны для разделения нефтепродукта на несколько фракций, конденсаторы, регенеративные теплообменники и насосы, взаимосвязанные системой трубопроводов.

Эти установки отличаются сложностью конструкции, дороговизной изготовления и монтажа. При создании и эксплуатации таких установок возникает проблема обеспечения их устойчивой работы. Причиной этого является не только множество взаимосвязанных балансовых потоков продуктов и тепла, но и масштабный фактор. Так, например, при уменьшении в "n" раз диаметральных размеров аппаратов и трубопроводов площадь их наружной поверхности уменьшается в "n" раз, а масса заполняющего их продукта в "n²" раз. Таким образом, при уменьшении размеров аппаратов и трубопроводов отношение площади их наружной поверхности к массе находящегося внутри их нефтепродукта с определенной температурой увеличивается в "n" раз, что повышает в целом чувствительность процесса переработки нефтяного сырья к изменению условий состояния внешней среды, таких как температура воздуха, его влажность и скорость ветра, и может существенно влиять на устойчивость работы установки, поэтому требования к системе автоматического регулирования работы малотоннажных установок с ректификационными колоннами должны быть выше, чем для крупнотоннажных, что удорожает их стоимость. Сложность конструкции, дороговизна изготовления и монтажа, высокие требования к системе управления устойчивой работой установки позволяют считать малоперспективным применение для малотоннажных установок традиционного метода разделения высококипящего нефтяного сырья с использованием ректификационных колонн.

Известна установка для переработки нефти и нефтепродуктов, содержащая печь для нагревания исходного нефтяного сырья, испаритель сырья и сепараторы для отделения паровой смеси от жидкой фазы, связанные системой трубопроводов /П. РФ 2043779, 6 В 01 D 3/10, 3/06, опубл. 20.09.95/. Установка позволяет разделять нефтяное сырье на несколько фракций. Функциональная схема установки и номенклатура входящего в нее оборудования делают принципиально возможным ее использование в качестве малотоннажной установки для разделения высококипящего нефтяного сырья на несколько фракций.

Работа установки основана на однократном испарении исходного нефтяного сырья, которое в печи нагревается однократно до максимально необходимой для перегонки температуры и в испарителе подвергается однократному испарению под вакуумом. Испарившаяся часть сырья является полным отгоном легколетучих компонентов в виде их паровой смеси, а неиспарившаяся - отбирается в виде жидкого остатка. Выделение из паровой смеси отдельных фракций в виде жидкого продукта осуществляется путем конденсации паров в условиях вакуума, создаваемого с помощью вакуум-насоса. Паровой поток на пути от испарителя к вакуум-насосу через батарею последовательно соединенных циклонов, в связывающие трубы которых встроены охладители паров, преодолевает множество местных сопротивлений, что создает большое гидравлическое сопротивление движению парового потока, понижая тем самым величину вакуума в системе и снижая эффективность работы установки. Гидравлическое сопротивление может быть снижено за счет уменьшения числа ступеней конденсации паров, однако это снижает возможности установки по количеству фракций, на которые может быть разделена паровая смесь полного отгона легколетучих компонентов.

Наличие в функциональной схеме установки вакуум-насоса значительно осложняет ее эксплуатацию, так как для создания устойчивой работы установки требуется обеспечивать согласование балансовых продуктовых и тепловых потоков не только между ступенями конденсации паров, но и между ними и вакуум-насосом, что значительно повышает требования, предъявляемые к системе управления работой установки.

При нагревании в печи установки нефтяного сырья до определяемой по приборам среднемассовой температуры, не превышающей предела термической стойкости сырья, его температура в пристенной области греющей поверхности трубчатого теплообменника может быть и выше этого предела, поэтому возможны термическое разложение части перерабатываемого нефтяного сырья и коксообразование. Опасность перегрева в рассматриваемой установке усугубляется еще и тем обстоятельством, что согласно функциональной схеме нагревание исходного сырья осуществляется однократно в печи до максимально необходимой среднемассовой температуры, что снижает надежность работы установки.

Пониженные возможности установки по количеству получаемых фракций из исходного сырья, сложность системы управления ее работой и снижение надежности ее работы за счет возможности термического разложения нефтяного сырья и коксообразования являются недостатком этой установки.

Наиболее близкой к изобретению является установка для переработки нефти и нефтепродуктов, состоящая из несколько последовательно соединенных ступеней, каждая из которых содержит нагреватель для нефтяного сырья, сепаратор для отделения паровой смеси от жидкого остатка и конденсатор, связанные системой трубопроводов, при этом жидкий остаток, отбираемый из сепаратора предыдущей ступени, направляется в нагреватель последующей ступени /Справочник нефтепереработчика: справочник под ред. Г.А.Ластовкина и др. - Л.: Химия, 1986. - 638 с. Рис.2.2. Схемы простой перегонки: в - двукратная/.

На этой установке перегонка осуществляется с использованием многократного испарения. На каждой ступени установки осуществляется процесс однократного испарения поступающего на ступень сырья и его разделения на две части, отличающиеся интервалами температур кипения. Сырье нагревается в нагревателе ступени до образования парожидкостной смеси и направляется в сепаратор, в котором происходят дополнительное самоиспарение части жидкости за счет теплоты ее перегрева и отделение паровой смеси от жидкой фазы. Паровая смесь направляется в конденсатор, откуда и отбирается в виде жидкого продукта с пониженной температурой кипения, а жидкая фаза, отбираемая в виде остатка с повышенной температурой кипения, направляется на следующую ступень в качестве сырья для дальнейшего разделения на низко- и высококипящие части.

Установка состоит из двух ступеней, однако количество ступеней может быть и большим, что позволяет на этой установке, в отличие от предыдущей, разделять исходное нефтяное сырье на требуемое число фракций без каких-либо ограничений. Для устойчивой работы установки требуется обеспечить согласование балансовых продуктовых и тепловых потоков только между соседними ступенями, что значительно упрощает систему управления ее работой.

Существенным недостатком рассматриваемой установки является снижение скорости течения нагреваемого продукта в нагревателях последующих ступеней вследствие его частичного отбора на предыдущих ступенях. Снижение скорости течения исключает возможность гидродинамического разрушения высоко нагретого слоя жидкости в пристенной области поверхности теплообмена и увеличивает время его пребывания в зонах с повышенной температурой, увеличивая тем самым опасность термического разложения нефтепродукта и коксообразование. Температура нагревания нефтяного сырья на последующих ступенях выше, чем на предыдущих, вследствие чего опасность его термического разложения и коксообразование возрастают. Опасность термического разложения нефтяного сырья и коксообразование на поверхности теплообмена нагревателей являются недостатком, снижающим надежность работы установки.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка установки для переработки нефти и нефтепродуктов, исключающая возможность термического разложения нефтяного сырья и коксообразование.

Техническим результатом изобретения является увеличение надежности работы установки за счет предотвращения термического разложения нефтяного сырья и коксообразования в нагревателях, более полное извлечение на каждой ступени фракции легколетучих компонентов за счет увеличения времени пребывания перерабатываемого продукта в условиях периодического нагревания.

Указанный технический результат достигается тем, что в установке для переработки нефти и нефтепродуктов, состоящей из нескольких последовательно соединенных ступеней, каждая из которых содержит нагреватель для нефтяного сырья, сепаратор для отделения паровой смеси от жидкого остатка и конденсатор для паровой смеси, каждая ступень дополнительно снабжена насосом, всасывающий патрубок которого соединен трубопроводом с нижней частью сепаратора для приема из него жидкого остатка, а нагнетательный патрубок соединен с дополнительным нагревателем этой же ступени, сообщающимся с помощью трубопровода с сепаратором, для возврата в него нагреваемого продукта, образуя тем самым замкнутый циркуляционный контур, причем часть продукта в виде жидкого остатка отбирается из циркуляционного контура после насоса и поступает по транспортному трубопроводу в следующую ступень для последующего разделения на фракции.

На чертеже представлена принципиальная функциональная схема установки для перегонки нефти и нефтепродуктов, когда требуется разделить исходное нефтяное сырье на три фракции.

Структурно схема состоит из двух последовательно соединенных ступеней, содержащих основные 1 и 2 и дополнительные 3 и 4 нагреватели, сепараторы 5 и 6, насосы 7 и 8 и конденсаторы 9 и 10. Насос 7, дополнительный нагреватель 3 и сепаратор 5, последовательно связанные между собой трубопроводами, образуют замкнутый циркуляционный контур первой ступени, а насос 8, дополнительный нагреватель 4 и сепаратор 6 - замкнутый циркуляционный контур второй ступени. Транспортный трубопровод 11 предназначен для подачи жидкого остатка из первой ступени во вторую. При изображенной на чертеже схеме исходное нефтяное сырье разделяется на три фракции. Разделение исходного нефтяного сырья на большее число фракций осуществляется увеличением числа ступеней в схеме установки путем их последовательного подсоединения. Подсоединение каждой последующей ступени позволяет выделить при разделении углеводородного сырья дополнительно еще одну фракцию.

Установка работает следующим образом. Исходное нефтяное сырье подается в основной нагреватель первой ступени 1, где и нагревается до температуры, не превышающей предела выкипания фракции 1, при которой температура поверхности теплообмена нагревателя не превышает предельно допускаемой температуры нагрева нефтяного сырья. Образовавшаяся при этом парожидкостная смесь поступает в сепаратор 5, в котором происходит ее разделение на паровую и жидкую фазы. Накапливаемый в сепараторе жидкий продукт насосом 7 подается в дополнительный нагреватель 3, в котором нагревается до предельной температуры кипения фракции 1. Образовавшаяся при этом парожидкостная смесь поступает в сепаратор 5 и разделяется на паровую смесь и жидкую фазы. Отделившаяся при этом паровая смесь вместе с паром, полученным при нагревании исходного нефтяного сырья в основном нагревателе 1, поступает в конденсатор 9, из которого и отбирается в виде жидкого продукта в качестве фракции 1, а жидкая фаза смешивается с жидкостью, поступившей в сепаратор после нагревания в основном нагревателе 1 и снова вовлекается в циркуляционный поток для многократного нагревания до более полного выделения компонентов фракции 1. Из циркуляционного контура первой ступени часть продукта в виде жидкого остатка после насоса 7 отбирается в балансовом количестве и подается в основной нагреватель второй ступени 2, из которого после нагревания до среднемассовой температуры, не превышающей предел выкипания фракции 2, при котором температура поверхности теплообмена нагревателя не превышает предельно допустимой температуры нагревания продукта, поступает в виде парожидкостной смеси в сепаратор 6. Далее во второй ступени происходит процесс переработки подаваемого в нее продукта, аналогичный осуществляемому в первой ступени и отличающийся от него только предельной температурой выкипания фракции 2. На второй ступени после конденсатора 10 отбирается в виде жидкого продукта фракции 2, а после насоса 8 в балансовом количестве отбирается жидкий остаток, являющийся фракцией 3.

Через основные нагреватели протекает только балансовое количество продукта, поэтому не представляется возможным путем увеличения скорости течения продукта влиять на гидродинамику и теплообмен протекающего в них процесса, однако такое влияние на тепловой режим и гидродинамическую обстановку в дополнительных нагревателях возможно, так как в замкнутых циркуляционных контурах расходы прокачиваемых продуктов не зависят от балансовых потоков и определяются только возможностями насосов и допускаемыми в системах давлениями. В дополнительных нагревателях увеличение скорости течения продукта вдоль поверхности теплообмена интенсифицирует теплоотдачу, снижая тем самым температуру стенки и предотвращая перегрев продукта в пристенном слое. Увеличение скорости течения продукта способствует гидродинамическому разрушению перегреваемого пристенного слоя жидкости около поверхности теплообмена, уменьшает время пребывания жидкости в областях ее повышенного нагрева при прохождении через дополнительный нагреватель и предотвращает появление раздельного течения паровой и жидкой фаз, исключая тем самым возможность термического разложения углеводородного сырья и коксообразование, а многократное периодическое нагревание нефтепродуктов в дополнительном нагревателе циркуляционного контура обеспечивает более полное извлечение на каждой ступени фракции легколетучих компонентов за счет увеличения суммарного времени пребывания перерабатываемого продукта в условиях многократного периодического нагревания.

Температура жидкости, поступающей в сепаратор ступени из основного нагревателя, может быть ниже температуры пара, полученного в дополнительном нагревателе, поэтому при их контактировании пар будет частично конденсироваться, нагревая жидкость. При частичной конденсации пар будет обогащаться низкокипящим компонентом, увеличивая тем самым его содержание в выделяемой фракции. При прочих равных условиях достигаемый при этом результат будет во многом определяться величиной поверхности контакта жидкой и паровой фаз, которую можно увеличить с помощью известных контактных устройств, тарельчатых или насадочных, установленных в сепараторах на участках между местами подачи в них парожидких смесей из нагревателей, причем место подачи парожидкостной смеси из основного нагревателя должно располагаться выше такового для дополнительного нагревателя.

Номенклатура основного технологического оборудования, входящего в состав отдельных ступеней, одинакова, одинаково и его конструктивное исполнение, что позволяет унифицировать ступени и поставлять их на монтажную площадку установки в блочном исполнении, ускоряя и удешевляя тем самым работы по монтажу оборудования установки.

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, в частности к малотоннажным установкам для простой перегонки сложных высококипящих жидкостей, позволяющим разделять нефть и нефтепродукты на составные части, называемые фракциями. Техническим результатом изобретения является увеличение надежности работы установки за счет предотвращения термического разложения нефтяного сырья и коксообразования в нагревателях, более полное извлечение на каждой ступени фракции легколетучих компонентов за счет увеличения времени пребывания перерабатываемого продукта в условиях периодического нагревания. Поставленный технический результат достигается тем, что в установке для переработки нефти и нефтепродуктов, состоящей из нескольких последовательно соединенных ступеней, каждая из которых содержит нагреватель для нефтяного сырья, сепаратор для отделения паровой смеси от жидкого остатка и конденсатор для паровой смеси, каждая ступень дополнительно снабжена насосом, всасывающий патрубок которого соединен трубопроводом с нижней частью сепаратора для приема из него жидкого остатка, а нагнетательный патрубок соединен с дополнительным нагревателем этой же ступени, сообщающимся с помощью трубопровода с сепаратором для возврата в него нагреваемого продукта, образуя тем самым замкнутый циркуляционный контур, причем часть продукта в виде жидкого остатка отбирается из циркуляционного контура после насоса и поступает по транспортному трубопроводу в следующую ступень для последующего разделения на фракции. 1 ил.

Установка для переработки нефти и нефтепродуктов, состоящая из нескольких последовательно соединенных ступеней, каждая из которых содержит нагреватель для нефтяного сырья, сепаратор для отделения паровой смеси от жидкого остатка и конденсатор для паровой смеси, отличающаяся тем, что каждая ступень дополнительно снабжена насосом, всасывающий патрубок которого соединен трубопроводом с нижней частью сепаратора для приема из него жидкого остатка, а нагнетательный патрубок соединен с дополнительным нагревателем этой же ступени, сообщающимся с помощью трубопровода с сепаратором для возврата в него нагреваемого продукта, образуя тем самым замкнутый циркуляционный контур, причем часть продукта в виде жидкого остатка отбирается из циркуляционного контура после насоса и поступает по транспортному трубопроводу в следующую ступень для последующего разделения на фракции.